La batalla de las redes

Transcripción

1 La batalla de las redes Febrero 211 Cómo Europa puede alcanzar un objetivo 1% renovable y eliminar progresivamente 1 Greenpeace Internacional La batalla de las redes la energía sucia Cambio climático

2 portada Aerogenerador tras una montaña de carbón. Flesinga, (Países Bajos). Greenpeace / Philip Reynaers imagen Fotografía aérea de la central solar termoeléctrica PS1. Gracias a los helióstatos y a la radiación solar la central puede producir 23 GWh, suficiente para suministrar electricidad a 1. personas. Greenpeace / Markel Redondo La batalla de las redes febrero 211 Introducción 4 Conclusiones principales 5 La [R]evolución Energética en Europa 6 El funcionamiento del sistema eléctrico 8 La batalla de las redes- Cuál es la gran barrera? 1 Nuevos estudios: la Europa renovable 24/7 13 El nuevo mapa energético de Europa 16 Seis pasos para construir la red para la 16 Europa renovable 24/7 Un modelo energético sucio e inflexible para Estudio de casos 25 Consecuencias para los inversores 27 Recomendaciones políticas 28 Apéndices 29 Tipos de tecnologías para la generación de 3 electricidad renovable Para más información: enquiries@greenpeace.org informacion@greenpeace.es Autores: Jan Van De Putte and Rebecca Short Coautores: Jan Beránek, Frauke Thies, Sven Teske Editado por: Alexandra Dawe y Jack Hunter Diseño: Suecia. Traducción al español: Mamen Illán Publicado por Greenpeace International Ottho Heldringstraat AZ Ámsterdam Tel: Fax: greenpeace.org Vesión española Greenpeace España San Bernardo 17 1ª planta Tel: Fax: greenpeace.es NÚMERO DEL PROYECTO DE GPI 343 El informe se puede encontrar en y Este informe se basa en el estudio que realizó Energynautics GmbH por encargo de Greenpeace Internacional y cuyas conclusiones se publicaron en el informe técnico European Grid Study 23/25 (Estudio de la red europea 23/25). Autores: Eckehard Tröster, Doctor en Ingeniería, Rena Kuwahata, Máster en Ciencias y Thomas Ackermann, Doctor en Ingeniería. Para más información: 2 Greenpeace Internacional La batalla de las redes

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4 Introducción El sistema energético y el de transporte, motores del mundo industrializado, agravan el peligroso cambio climático. Todos, ricos y pobres, sufriremos las temperatura extremas, el descenso de la producción agrícola y el aumento del nivel del mar. Podemos evitar las consecuencias más graves pero solo si nos replanteamos el sistema energético. La red eléctrica europea está compuesta por grandes centrales eléctricas contaminantes que producen energía constantemente e independiente de las necesidades del consumidor, y que se transmite a través de una red de Corriente Alterna (CA) anticuada y despilfarradora. A lo largo de los años las redes nacionales se han ido conectando unas a otras, lo que ha creado una situación poco económica y difícil. especialistas de la industria y los miembros de los grupos de presión no se habla de otra cosa que del conflicto que sufre el sistema y de los costes que supone construir y operar uno cada vez más dual. Este innovador informe explica el problema en el ámbito europeo. También demuestra que Europa es capaz de hacer una transición sin problemas a un sistema que proporcione energía 1% renovable a todas horas. Tanto el informe [R]evolución Energética 21 como La batalla de las redes, ambos de Greenpeace, amplían la información presentada en el estudio anterior de la organización [R]enovables 24/7. Es un manual para conseguir un sistema que proporcione el 68% de energía renovable en 23 y casi el 1% para 25. La política en materia climática y la demanda del consumidor nos empuja hacia una red europea más inteligente y eficiente que ya está creando grandes oportunidades en el sector tecnológico, empresarial y del consumidor. Una red como esta garantizaría el suministro de electricidad aún bajo condiciones meteorológicas extremas. Se suministraría energía limpia por toda Europa a través de cables de Corriente Continua (CC) eficientes, la mayoría de ellos soterrados. Sin embargo, tal y como da a entender el título del informe, La batalla de las redes, nos encontramos ante una encrucijada política. A pesar del extraordinario crecimiento de las renovables, que el año pasado generaron más inversiones que cualquier otro sector, nos acercamos rápidamente a una situación de enfrentamiento entre las energías verdes y las sucias. En 21 miles de aerogeneradores que producen energía casi gratuita fueron desconectados para permitir a las centrales nucleares y térmicas, contaminantes y receptoras de grandes subvenciones, seguir funcionando como de costumbre. Se estima que el año pasado en España se tiraron 2 GWh de energía. En las salas de juntas y entre los Greenpeace encargó a Energynautics, líder en el sector, que desarrollara un modelo en profundidad y el resultado es una propuesta de trabajo para Europa basada en el patrón de consumo eléctrico y de producción las 24 horas al día, 365 días al año, en 224 nodos de los 27 países de la Unión Europea (UE), Noruega, Suiza y los estados de los Balcanes no pertenecientes a la UE. La característica más relevante es el mapa localizado en las páginas centrales, que especifica qué cantidad de cada tipo de energía renovable es viable y cuánto habría que invertir en infraestructura para llevar la electricidad allá donde haga falta en Europa. Es el primer mapa que se elabora de este tipo ningún otro estudio ha intentado realmente trazar un mapa de la posible y futura red europea. Para poder suministrar energía de esta nueva forma hace falta encarar el problema desde una nueva perspectiva y crear un vocabulario nuevo. El recuadro de abajo resume los términos clave que se incluyen en La batalla de las redes. Recuadro 1 Carga base se refiere a que la red debe recibir un suministro mínimo, ininterrumpido de energía en todo momento. Tradicionalmente este suministro provenía del carbón o de la energía nuclear. El presente informe cuestiona esta idea porque demuestra que para una gran región la combinación de distintas fuentes de energía flexible también consigue que no nos quedemos a oscuras si se distribuye a las zonas de mayor demanda. Hoy en día, la carga base forma parte del modelo de negocio de las centrales nucleares y de las centrales térmicas de carbón, en las que se produce electricidad a todas horas sea necesaria o no. Energía restringida (en el sentido de sometida a restricciones) hace referencia a cuando se debe cortar el excedente de energía eólica o solar gratuita porque, o bien no se puede transferir a otras ubicaciones ( cuello de botella ), o bien compite con la inflexible energía nuclear o térmica que tienen acceso prioritario a la red. Cuando exista la tecnología adecuada la energía restringida se podrá almacenar. Energía variable es la electricidad que genera la energía eólica y solar en función de la meteorología. Existen tecnologías que convierten la energía variable en despachable, por ejemplo si incorporan depósitos de almacenamiento de calor en las centrales solares termoeléctricas. Despachable es el tipo de energía que se puede almacenar y despachar a las áreas de gran demanda energética cuando es necesaria, p. ej. las centrales térmicas de gas natural o de biocombustible. Interconector es la línea de transmisión que conecta las distintas partes de la red eléctrica. Curva de carga es el patrón típico de la electricidad a lo largo del día, su pico es predecible y por tanto si se tienen en cuenta las temperaturas exteriores y los datos históricos se puede prever. Nodo es un punto de conexión de la red eléctrica entre regiones o países en el que también puede haber un suministro local a la red. 4 Greenpeace Internacional La batalla de las redes

5 image Electricity Station Pylons. Conclusiones principales Alexander Hafemann Tras haber trabajado extensamente en modelos de simulación por ordenador 1 que incluían predicciones minuciosas de la cuantía de electricidad que pueden proporcionar las centrales solares y eólicas a cada hora del año, La batalla de las redes demuestra que: 1. Integrar a gran escala la electricidad renovable en la red europea (68% para 23 y 99,5% para 25) es viable tanto técnica como económicamente, al mismo tiempo que se garantiza el suministro incluso bajo las condiciones meteorológicas más extremas con poco viento y radiación solar. Esto confirma más aún la viabilidad de un futuro con electricidad 1% renovable 2. También refuerza las conclusiones del informe de Greenpeace [R]evolución Energética 3 que demostraba que cubrir en 25 la demanda eléctrica con un 97% de renovables costaría un 34% menos que bajo el escenario de referencia de la Agencia Internacional de la Energía (AIE) y que para 23 un 68% de electricidad renovable generaría 1,2 millones de puestos de trabajo, 78. más que bajo el escenario de referencia. 2. Esto requiere grandes cambios en el mix energético: en 23 las centrales termoeléctricas de gas suministran la mayoría de la electricidad no renovable y sirven de refuerzo flexible a la energía eólica y a la solar. Entre 23 y 25 el gas natural se deja de utilizar progresivamente como combustible para ser reemplazado por la energía renovable despachable como la hidráulica, geotérmica, energía solar concentrada y la biomasa. dado que las centrales térmicas de carbón y las centrales nucleares son inflexibles y no pueden compensar debidamente las variaciones en la producción energética por viento y sol, para 23 el 9% de las centrales térmicas de carbón y las centrales nucleares se deben haber cerrado progresivamente y para 25 deben haber desaparecido por completo. 3. Para 23 se deben invertir 7. millones de euros en la infraestructura de la red para garantizar que hay un suministro energético las 24 horas del día, siete días a la semana con un 68% de energía renovable en el mix energético. Si se invierten 28. millones de euros adicionales para ampliar la red para 23, se podría reducir la restricción de las fuentes renovables a un 1%. El coste total de la red supone menos del 1% de la factura eléctrica. 4. En este informe se han analizado dos escenarios distintos para el periodo entre 23 y 25. El escenario Red Alta contempla la conexión de la red europea al norte de África para aprovechar la intensa radiación solar que esta zona recibe. Los costes para producir electricidad bajarían pero entre 23 y 25 habría que aumentar la inversión de transmisión a 581. millones de euros. Bajo el escenario Red Baja se produce más energía renovable cerca de las regiones con mayor demanda (las grandes ciudades y la industria pesada). Los costes de transmisión se reducen a 74. millones de euros entre 23 y 25, pero aumenta el coste de la producción eléctrica porque habrá que instalar más paneles solares en las regiones con menos sol. Entre estos dos escenarios Alta y Baja existen muchas combinaciones intermedias. 5. Actualmente, cuando el suministro eléctrico es alto, a menudo se desconectan aerogeneradores para dar prioridad a la energía nuclear o procedente del carbón. Para ganar la batalla de las redes hay que priorizar el despacho de la energía renovable a las redes europeas incluyendo la prioridad en la interconexión entre países ya que el excedente de producción se puede exportar a otras regiones con una demanda neta. 6. Consecuencias económicas para las centrales nucleares y térmicas de carbón y gas: incluso si las modificaciones técnicas permitiesen que las centrales térmicas de carbón y las centrales nucleares fuesen más flexibles y encajasen dentro del mix renovable, para el año 23 solo serían necesarias durante un 46% del tiempo, cifra que iría descendiendo a partir de esa fecha. Esto supone que los 6. millones de euros que aproximadamente hay que invertir para un reactor nuclear son muy poco rentables. Construir un nuevo reactor nuclear supone muchos riesgos para los inversores. en un futuro escenario sucio, con un porcentaje de centrales nucleares y térmicas de carbón inflexibles como el de hoy, habría que apagar más a menudo las fuentes renovables y el coste de tirar la producción renovable subiría a 32. millones de euros al año. las centrales térmicas de gas son flexibles y requieren menos capital fijo que las centrales nucleares, y para 23 podrían aún producir económicamente con un factor de carga del 54% y servir de refuerzo para la energía renovable variable. Después de 23 las centrales térmicas de gas se pueden convertir progresivamente al biogás, y así se evitarían las inversiones hundidas tanto en las centrales de producción como en las redes de gas. 1 Este análisis se basa en el informe [R]enovables 24/7 La infraestructura necesaria para salvar el clima, Febrero other/124.pdf 2 Esta conclusión ya la había alcanzado, para el caso de España, el informe Renovables 1%. 3 [R]evolución Energética. Hacia un suministro energético completamente renovable en la UE (resumen en castellano) (informe completo en inglés) Greenpeace Internacional La batalla de las redes 5

6 8.894 La [R]evolución Energética en Europa Podemos determinar el futuro El mundo es consciente de que los graves impactos que vamos a sufrir provocados por el cambio climático se deben a que durante más de dos siglos el desarrollo industrial se ha basado en la quema de combustibles fósiles. También sabemos cuál es la solución: hay que revolucionar la forma en que proveemos y compartimos energía. La [R]evolución Energética, ya en su tercera edición, fue elaborada por Greenpeace junto al Instituto Técnico Termodinámico del Centro Aeroespacial Alemán (DLR) y junto con más de 3 científicos e ingenieros de universidades, institutos y de la industria de la energía renovable del mundo. Es un plan de acción para suministrar electricidad limpia y equitativa que cumpla con los objetivos para las emisiones de gases de efecto invernadero establecidos por los científicos y no por los políticos. Situación en Europa hoy por hoy: la energía renovable está en auge. Durante la última década más de la mitad de toda la nueva capacidad instalada ha sido energía renovable, no generación basada en combustibles fósiles. la energía renovable siguió creciendo en 29 a pesar de la crisis económica. la energía eólica es indiscutiblemente la tecnología líder en Europa, el gas ocupa un segundo puesto y la solar FV un tercero en 29 la inversión en nuevos parques eólicos europeos alcanzó los 13. millones de euros para MW de potencia eólica instalada un 23% más que el año anterior. los aerogeneradores construidos en 29 producirán la misma electricidad que 3 o 4 centrales nucleares o centrales térmicas de carbón de gran tamaño funcionando en modo carga base todo el año 4. mientras tanto la energía nuclear y la del carbón están en declive; durante la última década se han cerrados más centrales que incorporado nuevas al mix. Todavía queda mucho por crecer Podemos utilizar las tendencias actuales del mercado eléctrico para realizar proyecciones fiables sobre cómo podría ser el mix energético si contase con el apoyo apropiado y existiesen las políticas adecuadas. Durante la última década Greenpeace ha publicado documentación sobre los posibles escenarios futuros del mercado que se basan en estudios minuciosos de la capacidad de la industria. Durante este tiempo el crecimiento de la energía eólica y solar fotovoltaica (FV) ha sobrepasado sistemáticamente nuestras propias proyecciones. Los informes ofrecen un escenario europeo detallado con un enfoque conservador que se basa solo en las tecnologías existentes y probadas. Figura 1 Potencia neta instalada en 2-29 en la UE 27 Figura 2 Potencia instalada y desmantelada en 29 en la UE 27 MW Gas natural Eólica FV Otra fuentes de energía renovable Nuclear Carbón Fuel MW , 6, Eólica Gas natural 4.2 FV Otra fuentes de energía renovable Fuel NUEVA POTENCIA POTENCIA DESMANTELADA Carbón Nuclear Fuente: EWEA, Platts. Fuente: EWEA, Platts MW de eólica funcionando a una media de factor de carga de,29 generarán 26 TWh, lo que es equiparable a 3,5 centrales térmicas grandes de 1 MW cada una funcionando con un factor de carga de,85. 6 Greenpeace Internacional La batalla de las redes

7 imagen Descarga de carbón de un buque granelero en el puerto de Gijón (Asturias). Greenpeace / Jiri Rezac El informe hace un análisis deductivo del suministro global de energía en Europa y un análisis inductivo del desarrollo tecnológico e índices de crecimiento, curvas de aprendizaje, analítica de costos y recursos potenciales de las fuentes de energía renovables. La [R]evolución Energética incluye escenario Básico y escenario Avanzado de acuerdo con la población y el PIB previsto en el informe World Energy Outlook 29 de la AIE. En el escenario avanzado la reducción de CO2 para el sector energético global es del 95% para 25. La retirada progresiva del carbón y de la energía nuclear para uso eléctrico es del 9% para 23 y es eliminado totalmente para 25. Bajo estas condiciones, las fuentes renovables suministran un 43% de electricidad para 22, un 68% para 23 y un 98% para 25. El estudio muestra que es técnica y económicamente viable una transición total al suministro de energía renovable para 25. La verdadera [R]evolución Energética aprovecharía el enorme potencial de Europa en el ahorro de energía y las energías renovables para situarse en el camino correcto hacia la energía limpia, segura y asequible, capaz de crear millones de puestos de trabajo. Tabla 1 Qué pasaría en Europa si se llevara a cabo la [R]evolución Energética? Eficiencia Energía Electricidad Transporte Costes Puestos de trabajo La demanda de energía primaria caería en 25 de PJ anuales a 46.3 PJ anuales. En 25 los combustibles fósiles serán reemplazados por la biomasa, los colectores solares y la energía geotérmica. Las bombas de calor geotérmicas y la energía solar térmica suministrarán la producción de calor industrial. Potencia de 1.52 GW que produce 4.11 TWh de electricidad renovable al año para 25. La demanda eléctrica total incrementa de 2.9 TWh en 27 a casi 4.3 TWh en 25 debido al aumento de la electricidad en el transporte y a las bombas de calor geotérmicas. El uso de la electricidad en los sistemas de transporte público aumenta y el transporte de mercancías se lleva a cabo por raíles y no por carretera. En 25 el coste de un kwh será de 6,7 euros en el escenario avanzado y de 9,5 euros en el de referencia. Comparado con el escenario de referencia de la AIE, para el sector eléctrico el ahorro medio en costes de combustible será de 62. millones de euros al año, lo cual compensa el promedio de los costes adicionales de inversión de 43. millones de euros al año (27-25). En [R]evolución Energética (escenario Avanzado) genera 1,2 millones más de puestos de trabajo en el sector energético en 25. La demanda total de energía se reduciría en un tercio. Las fuentes renovables cubrirán el 92% de la demanda energética final, incluyendo el suministro de calor y transporte. La energía renovable supone el 97% del suministro. Los vehículos eléctricos suman el 14% del mix para 23 y hasta un 62% para 25. La electricidad cuesta 1,2 cént/kwh más en 23 que bajo el escenario de la AIE. La electricidad cuesta 2,8 cént/kwh menos en 25 que bajo el escenario de la AIE. 78. puestos de trabajo más en el sector energético que en el escenario de referencia de la AIE. Greenpeace Internacional La batalla de las redes 7

8 El funcionamiento del sistema eléctrico Cuando hablamos de la red nos referimos a todos los cables, transformadores e infraestructuras necesarias para transportar la electricidad de las centrales eléctricas a los usuarios. Actualmente funcionamos con un modelo de red centralizada que se diseñó y planeó hace 6 años. Los sistemas sustentaban la gran industrialización de las ciudades y permitían disfrutar de la electricidad en las zonas rurales en la mayor parte del mundo desarrollado. Pero ahora debemos repensar y adaptar la red para que suministre un sistema de energía limpia. Es un paso que nos llevará a la siguiente fase de la evolución tecnológica de la sociedad. El método antiguo Las redes están formadas por grandes centrales eléctricas conectadas a cables eléctricos de CA de alto voltaje. Una red de distribución más pequeña reparte la energía a los consumidores finales. Es un sistema despilfarrador en el que se pierde mucha energía en la transición. El método nuevo La mayor diferencia con la producción de energía limpia es que esta necesita generadores mucho más pequeños, alguno de ellos con una producción de energía variable. La gran ventaja es que se pueden ubicar dentro de la red, cerca de donde se necesita la energía. Los aerogeneradores, los paneles solares, las microturbinas, las pilas de combustible y la cogeneración (calor y electricidad simultáneamente) se encuentran entre los generadores pequeños. El reto al que nos enfrentamos es integrar las nuevas fuentes descentralizadas de producción de energía renovable mientras se retiran progresivamente la mayoría de las grandes y obsoletas centrales eléctricas. Para ello es necesario que el sistema energético tenga una nueva arquitectura. En términos generales, se equilibran las fluctuaciones en la demanda y en la oferta de energía para distribuir la energía eficazmente entre los consumidores. Para que esto ocurra habrá que implementar nuevas medidas como la gestión de la demanda de los grandes consumidores o la predicción meteorológica y aprovechar el almacenamiento de energía para cubrir aquellos momentos en que haya menos viento o sol. Las comunicaciones avanzadas y la tecnología de control ayudarán a distribuir la electricidad de forma efectiva. Los elementos claves de la nueva arquitectura del sistema energético son las microrredes, las redes inteligentes y un número de interconectores para una superred eficiente. Los tres tipos de sistemas se apoyan entre sí y están interconectados. Oportunidades tecnológicas Para 25 el sistema energético tiene que ser muy distinto al de hoy día. Ello supone una gran oportunidad empresarial para el sector de las Tecnologías de la Información y la Comunicación (TIC) porque ayudarán a redefinir la red energética. Ya que la red inteligente suministra energía desde distintas fuentes y lugares es preciso recopilar y analizar muchos datos. Las redes inteligentes necesitan software, hardware y redes de información capaces de producir datos con rapidez y dar respuesta a la información que suministran. Integrantes importantes de las TIC compiten ya por mejorar las redes energéticas del mundo y es posible que cientos de compañías acaben por trabajar en las redes inteligentes. Recuadro 2 Definiciones Las microrredes cubren las necesidades energéticas locales. El término hace referencia a los lugares en que la infraestructura de monitorización y control está insertada dentro de las redes de distribución y se utilizan recursos locales para producir energía. Sirve de suministro a islas y pequeños pueblos o distritos rurales. Un ejemplo de ello sería una combinación de paneles solares, microturbinas, pilas de combustible, eficiencia energética y tecnologías de la información y la comunicación para gestionar las cargas y garantizar que no nos quedemos a oscuras. Las redes inteligentes sirven para compensar la demanda dentro de una región. Una red eléctrica inteligente conecta las fuentes descentralizadas de energía renovable y cogeneración y distribuye la energía de forma muy eficiente. Las redes inteligentes son una forma de conseguir cantidades enormes de energía renovable sin añadir emisiones de gases de efecto invernadero al sistema y permiten desmantelar las fuentes antiguas de energía centralizada. El uso de tecnología avanzada de control y gestión permite que en general la red eléctrica sea más eficiente. Por ejemplo, los contadores inteligentes de electricidad con información sobre tiempo real y coste permiten que con solo una señal del operador de la red los grandes consumidores de energía apaguen o disminuyan su consumo para así evitar los precios más altos de la electricidad. La superredes transportan grandes cargas de energía entre regiones. Es decir, los países o zonas con gran suministro o demanda tienen una interconexión de gran tamaño basada normalmente en tecnología Corriente Continua de Alta Tensión (HVDC). Por ejemplo, la interconexión entre todas las grandes centrales renovables del Mar del Norte o una conexión entre el sur de Europa y África que permitiese exportar la energía renovable de zonas con grandes recursos locales a las grandes ciudades o pueblos. 8 Greenpeace Internacional La batalla de las redes

9 imagen Construcción de aerogeneradores marinos. davison/greenpeace Figura 3 Perspectiva general del futuro sistema eléctrico con un alto porcentaje de energía renovable Aerogeneradores y superred marina en el Mar del Norte CIUDAD RED INTELIGENTE Aerogeneradores y superred marina en el Mar del Norte CIUDAD CIUDAD RED INTELIGENTE RED INTELIGENTE CIUDAD RED INTELIGENTE Sistema CA actual NUEVA SUPERRED HVDC CIUDAD CIUDAD RED INTELIGENTE CIUDAD RED INTELIGENTE CIUDAD CIUDAD RED INTELIGENTE RED INTELIGENTE RED INTELIGENTE Red inteligente con microrredes y centrales eléctricas virtuales RED DE GENERACIÓN DISTRIBUIDA 3 aerogeneradores de 2 kw solar FV de 9 kw 2 turbinas de gas de 6 kw red eléctrica Energía Solar Térmica de Concentración (ESTC) en el sur de Europa y África aerogenerador vertical de 1 kw minirred zonal solar FV de 23 kw turbina de gas de 3 kw banco de control de carga de 64 kw sala de control de minirredes microrred de centrales eléctricas virtuales banco de baterías de 16 kwh + - solar FV de 1 kw aerogenerador de 1 kw Fuente: Energynautics. cargas en consumos Greenpeace Internacional La batalla de las redes 9

10 La batalla de las redes - Cuál es la gran barrera? La energía de algunas centrales renovables, como la eólica y la solar, varía a lo largo del día y de la semana. Hay quienes piensan que este es un problema insuperable ya que hasta ahora hemos confiado en el carbón o en la energía nuclear para suministrar una cantidad fija de energía a todas horas. El título de este informe hace referencia a la dificultad de determinar qué tipo de infraestructura o gestión elegimos y qué mix energético favorecemos según dejemos atrás un sistema energético muy contaminante basado en el carbón. Entre los hechos importantes destacamos: la demanda eléctrica fluctúa de forma predecible. se puede aplicar la gestión inteligente a los grandes consumidores de electricidad, así se puede trasladar su demanda pico a otro momento del día y compensar la carga del sistema global. con el uso de tecnologías avanzadas de red la electricidad procedente de fuentes renovables se puede almacenar y despachar a donde haga falta de varias maneras. Los países europeos con mucho viento ya son testigos del conflicto entre la energía renovable y la convencional. España, que ya tiene conectada a la red grandes cantidades de energía eólica y solar, utiliza el gas para salvar las diferencias entre demanda y oferta. Esto se debe a que las plantas de gas se pueden apagar u operar a baja carga, por ejemplo cuando hay poca demanda eléctrica o gran producción eólica. Según hacemos la transición a un sector eléctrico prácticamente renovable las plantas de gas serán necesarias para esos momentos en que hay gran demanda o baja producción renovable. El kwh de un aerogenerador reemplaza efectivamente al kwh de una planta de gas evitando la emisión de dióxido de carbono. Gracias a las fuentes de electricidad renovable como las centrales solares térmicas, la geotérmica, hidráulica, biomasa y biogás es posible que progresivamente dejemos de necesitar el gas natural (para más información ver casos de estudio). Las plantas de gas y los gasoductos se transformarán progresivamente para trasportar biogás. La carga base bloquea el progreso Generalmente las centrales térmicas de carbón y las nucleares operan en carga base, esto significa que la mayor parte del tiempo funcionan a su capacidad máxima independientemente de cuanta electricidad necesiten los consumidores. Cuando la demanda es baja la electricidad se pierde. Cuando la demanda es alta se necesita gas adicional como refuerzo. Las centrales térmicas de carbón y las nucleares no se pueden apagar en un día de mucho viento, lo que se apagan son los aerogeneradores para evitar una sobrecarga en el sistema. La caída en la demanda eléctrica ocasionada por la reciente crisis económica mundial ha demostrado el conflicto que le ocasiona al sistema funcionar con la energía inflexible de carga base, especialmente la nuclear, y las fuentes renovables variables, especialmente la eólica; conflicto que se solventa pidiendo a los operadores eólicos que desconecten sus generadores. Este mix tan problemático ha puesto en evidencia en el norte de España y Alemania los límites de la capacidad de la red. Si Europa continúa apoyando la energía nuclear y la del carbón junto al desarrollo de las renovables el conflicto seguirá creciendo y dará lugar a una red ineficiente y congestionada. A pesar de que las renovables se enfrentan a muchos obstáculos, su existencia empieza a cuestionar la rentabilidad de las centrales más antiguas. Salvo por los costes de construcción, los aerogeneradores producen electricidad casi de forma gratuita y sin quemar ningún combustible; mientras, las centrales térmicas de carbón y las nucleares necesitan combustible caro y altamente contaminante. Incluso en aquellos lugares donde las centrales nucleares siguen funcionando mientras se apagan los aerogeneradores, los proveedores de energía convencionales están preocupados ya que la oferta excesiva de cualquier materia prima supone una bajada generalizada de los precios del mercado. Dentro del mercado energético esto afecta también a las centrales nucleares y a las térmicas de carbón. Es probable que en los próximos años aumente la intensidad de los conflictos a causa de las redes. Por ejemplo, la preocupación en Alemania es por si se prolonga la vida de los reactores nucleares de entre 8 a 14 años. La Federación Alemana de Energía Renovable (BEE) avisó al Gobierno alemán de que esto perjudicaría seriamente la futura expansión de la energía renovable. Este organismo predice que para 22 la energía renovable podría proveer la mitad del suministro alemán, pero que económicamente solo tendrá sentido si para esa fecha 5 se han cerrado progresivamente la mitad de las centrales nucleares y las centrales térmicas de carbón. Esto explica por qué las compañías eléctricas convencionales son cada día más críticas con el crecimiento continuo y estable de las renovables más allá de Figura 4 Típica curva de carga en Europa. Muestra los picos y caídas diarias del uso de electricidad Demanda 5 Fraunhofer-IWES, Dynamische Simulation der Stromversorgung in Deutschland. Stromversorgung22_Endbericht.pdf Carga (MW/ GW) 6 Referencia al escenario energético de Eurelectric. DocShareNoFrame/Docs/1/PMFlMPlBJHEBKNOMIEDGElBEKHyDyC5K46SD6CFGI4OJ/ Eurelectric/docs/DlS/Power_Choices_FINAlREPORTCORRECTIONS E E E.pdf Tiempo (horas/días) 1 Greenpeace Internacional La batalla de las redes

11 imagen La central térmica solar PS1 en Sevilla. Gp/Markel Redondo El campo de batalla de la red Figura 5 El sistema de suministro actual que cuenta con un pequeño porcentaje de energía renovable fluctuante La figura resume la forma en que actualmente suministramos electricidad. La energía de carga base se encuentra en la parte inferior de la figura. La aportación de la energía renovable queda reflejada en la capa variable evidencia los niveles cambiantes de sol y de viento a lo largo del día. En la parte superior de la figura se encuentran el gas y la energía hidroeléctrica que se pueden apagar y encender dependiendo de la demanda. Este sistema es sostenible si se utiliza la predicción meteorológica y una gestión de la red inteligente. El suministro actual con una carga base de energía nuclear y carbón permite un 25% de energía renovable variable. GW curva de carga ENERGÍA FLEXIBLE. EL OPERADOR DE LA RED COMBINA EL GAS Y LA HIDROELÉCTRICA ENERGÍA RENOVABLE FLUCTUANTE CARGA BASE Sin embargo, para combatir el cambio climático hace falta mucho más que un 25% de electricidad renovable. h 6h 12h 18h 24h Hora del día Figura 6 Sistema de suministro con más de un 25% de energía renovable fluctuante prioridad de carga base Enfoque: Más energía renovable si se prioriza la carga base? En algunos momentos del día, cuando el suministro de energía renovable aumente, se rebasará la demanda y se creará un excedente. Hasta cierto punto esto se puede solventar almacenando la energía, desplazando la energía de unas zonas a otras, variando la demanda a lo largo del día o apagando los generadores renovables durante los picos. Pero estas soluciones no funcionan si las renovables sobrepasan el 5% del mix. Es insostenible para un 9-1% de electricidad renovable. GW CURVA DE CARGA EXCEDENTE DE ENERGÍA RENOVABLE CARGA BASE PRIORITARIA: SIN RESTRICCIONES PARA EL CARBÓN O LA ENERGÍA NUCLEAR CARGA BASE h 6h 12h 18h 24h Hora del día Figura 7 Sistema de suministro con más de un 25% de energía renovable fluctuante priorizar energía renovable Enfoque: Más energías renovables si se prioriza la energía limpia? CURVA DE CARGA Si la energía renovable tiene prioridad en la red entonces penetrará en la energía de carga base. Teóricamente significa que durante los tiempos pico de suministro (mucho sol o viento) la nuclear y el carbón tendrán que operar a menor capacidad o ser apagados. Dado que variar la velocidad, el nivel y la frecuencia de la producción de las centrales nucleares y de las centrales térmicas de carbón supone un problema técnico y de seguridad, esto no es una solución. GW ENERGÍA RENOVABLE PRIORITARIA: RESTRICCIÓN DE LA ENERGÍA DE CARGA BASE - TÉCNICAMENTE DIFÍCIL SI NO IMPOSIBLE Técnicamente difícil. h 6h 12h 18h 24h Hora del día Greenpeace Internacional La batalla de las redes 11

12 La batalla de las redes - Cuál es la gran barrera? - continuación Cierre progresivo planificado de las centrales nucleares y de carbón Si queremos cosechar los beneficios del continuo y rápido crecimiento de las tecnologías de la energía renovable debemos darles acceso prioritario a la red y empezar ya a eliminar progresivamente la inflexible energía nuclear. El análisis detallado del mercado que ofrece [R]evolución Energética demuestra que para 23 podemos tener un 68% de electricidad renovable y casi un 1% para 25. También plantea un escenario futuro en el que la demanda eléctrica continúa creciendo a pesar de las medidas eficientes a gran escala debido a que los vehículos eléctricos han reemplazado a los coches. Para alcanzar el objetivo renovable en 23 es necesario: una retirada casi completa (del 9%) del carbón y de la energía nuclear para 23. continuar utilizando las centrales de gas que emiten alrededor de la mitad de CO2 por kwh que las centrales térmicas de carbón. El resultado: para 23 las emisiones de CO2 en el sector eléctrico se reducen un 65% comparadas con los niveles de 27. Entre 23 y 25 el gas se elimina progresivamente hasta conseguir un suministro eléctrico casi 1% renovable y sin emisiones de CO2. Apagar los aerogeneradores y dar prioridad a la energía nuclear o a la procedente del carbón supone un grave error económico y ecológico. Paul Langrock / Zenit / Greenpeace imagen Parque eólico marino Middelgrunden en Copenhague (Dinamarca). 12 Greenpeace Internacional La batalla de las redes

13 imagen Perforación para investigación geotérmica realizada por Geoforschungszentrum en Schorfheide, Potsdam (Alemania). Nuevos estudios: Europa renovable 24/7 Paul Langrock / Zenit / GP Para solucionar los problemas provocados por la competencia entre los distintos tipos del suministro eléctrico es necesario ver todo el sistema bajo una nueva perspectiva. Con el fin de encontrar una solución, Greenpeace encargó un estudio innovador en el que se desarrolló un modelo que reproduce toda la red europea funcionando solo con la potencia renovable que habrá disponible en 25 junto con las predicciones de los patrones meteorológicos basados en el historial detallado de 3 años. En las siguientes páginas se explica cómo se puede hacer. Las repercusiones del sistema eléctrico europeo La red eléctrica europea tiene al menos 5 años. A lo largo de los años más y más países se han ido conectando a ella hasta llegar a un punto en que casi toda la red funciona como si los sistemas eléctricos nacionales no existiesen 7. Los mercados integrados, como el de la región del centro-oeste de Europa formada por Alemania, Francia, los Países Bajos, Bélgica y Luxemburgo, son comunes hoy en día. Los inversores, concretamente las grandes empresas eléctricas europeas, basan sus decisiones en sus estrategias de ventas europeas y no en la política nacional de energía. Invertir o no en una nueva central no depende de las ventas en ese país en concreto, como mínimo se plantea a nivel regional. Desde el punto de vista medioambiental, la red debe operar para lograr los sólidos objetivos internacionales que frenen el cambio climático. El escenario de la [R]evolución Energética ofrece un plan de acción económico y técnicamente viable para cerrar progresivamente las centrales nucleares y las térmicas de acuerdo con los objetivos climáticos europeos. Combina los objetivos políticos de lo general a lo particular con información sobre las proyecciones de lo particular a lo general de lo que las industrias pueden cumplir. En este informe se detallan los pasos necesarios para cambiar el actual sistema eléctrico de distribución a uno basado 1% en fuentes renovables y se especifica la ampliación que necesita la red europea para hacerlo posible. Greenpeace no es la única organización que defiende un enfoque europeo de lo general a lo particular. El último borrador de comunicación de la Comisión Europea 8 (CE) sobre infraestructura se centra en los requisitos que la red debe cumplir y las medidas políticas necesarias para apoyar tres objetivos políticos: gran integración en Europa de las fuentes renovables, garantizar el suministro de electricidad y avanzar en la integración del mercado eléctrico. Este informe investiga en profundidad cómo cumplir los dos primeros objetivos. Figura 8 La solución: un sistema optimizado con más de un 9% de suministro de energía renovable La solución Una red totalmente optimizada con un 1% de renovables que opere con almacenamiento, transmisión de electricidad a otras regiones, gestión de la demanda y restricciones solo cuando sean necesarias. La gestión de la demanda es una técnica efectiva a la hora de desplazar el pico máximo y allanar la curva de la demanda eléctrica a lo largo del día. GW CURVA DE CARGA SIN GESTIÓN DE LA DEMANDA CURVA DE CARGA CON (OPCIÓN 1 Y 2) ELECTRICIDAD DE ENERGÍA RENOVABLE IMPORTADA DE OTRAS REGIONES Y ELECTRICIDAD DE ENERGÍA RENOVABLE PROCEDENTE DE SISTEMAS DE ALMACENAMIENTO solar BIOENERGÍA, HIDRÁULICA Y GEOTÉRMICA EÓLICA SUMINISTRO EÓLICA + SOLAR h 6h 12h 18h 24h Hora del día 7 Salvo algunas excepciones como la Península Ibérica. 8 Prioridades de la infraestructura energética. Noviembre energy/infrastructure/strategy/22_en.htm Greenpeace Internacional La batalla de las redes 13

14 Nuevos estudios: Europa renovable 24/7 - continuación Un modelo para el futuro energético de Europa El objetivo de Energynautics era reproducir la fluctuación de la energía renovable en la red eléctrica entre 23 y 25. Primero construyeron un modelo del suministro con las siguientes variables: una red europea de 224 nodos en la UE, Noruega, Suiza y los países balcánicos representados por puntos en el mapa (página central). datos meteorológicos históricos sobre la radicación solar y el viento en cada uno de los nodos a cada hora durante 3 años. la capacidad renovable y no renovable de cada nodo, estimado para 23 y 25, basado en el escenario de la [R]evolución Energética 9. Este modelo se utilizó para calcular la producción de electricidad renovable en cada hora del año en cada nodo y mostrar de forma dinámica los picos y valles de la producción eléctrica a lo largo de un año. Después, construyeron un modelo de la demanda basado en la información de los operadores de la red 1. Se combinaron los dos modelos para calcular: si el suministro se correspondía con la demanda para cada hora y en cada nodo. si había que poner en marcha las renovables despachables como la biomasa y las centrales hidroeléctricas para que actuaran de refuerzo. tiempo de sobreproducción, por ejemplo, cuando hay que apagar los aerogeneradores porque su electricidad no se puede integrar en la red debido a los cuellos de botella (capacidad limitada para trasportar electricidad a la zonas con una demanda neta). Optimización Greenpeace demanda una red con un 68% de electricidad renovable para 23 y un 1% para 25. Para alcanzar este objetivo los investigadores optaron por el método de la optimización, que compara los costes de ampliar la capacidad de la red con los de producir un mix más flexible, mejorar el mix renovable y utilizar el almacenamiento y gestión de la demanda. La optimización significa garantizar el suministro energético 24/7, incluso con una alta penetración de fuentes variables, y limitar las restricciones. Las restricciones ocurren cuando el suministro local de energía eólica y solar gratuita es excesivo y se debe cortar porque no se puede trasladar a otros lugares. Optimizar el sistema requerirá aumentar la capacidad de la red más allá de lo necesario para garantizar el suministro y evitar tener que limitar la electricidad eólica o solar. En el simulacro se fueron añadiendo líneas eléctricas extras paso a paso siempre que el coste de una nueva infraestructura no fuera mayor que el coste de restringir la electricidad (ver figura). Así se creará una red eléctrica robusta con una mayor garantía de suministro. Figura 9 Ejemplo de nodos e interconectores en el norte de Europa Se simulan las fuentes renovables en cada nodo basándose en datos históricos meteorológicos. Se calcula la producción eléctrica para cada hora de un año entero. En cada nodo, se optimiza el almacenamiento, la energía de refuerzo y la gestión de la demanda mediante las redes inteligentes. Las líneas de larga distancia de alta capacidad nivelan las variaciones en la producción eólica y solar local. La hidroeléctrica noruega se utiliza como refuerzo para otros países. Entre nodos, se calcula la capacidad necesaria en las líneas eléctricas para integrar las fuentes renovables en la red europea y garantizar el suministro en otros nodos. Fuente: Energynautics, Greenpeace. 9 Greenpeace, EU-27 Energy [R]evolution. 1 Estadísticas de ENTSO-E Greenpeace Internacional La batalla de las redes

15 imagen Carga de cables marinos. courtesy of abb Para optimizar el proceso es necesario: Conseguir flexibilizar la capacidad no renovable al cerrar progresivamente las centrales nucleares y las térmicas de carbón, en su lugar utilizar las centrales de gas como refuerzo para la producción renovable variable. Aumentar la capacidad de la red para evitar las restricciones sobre las fuentes de energía eólica y solar. Mejorar el mix de fuentes renovables que se complementan entre sí. Mejorar la distribución geográfica de las fuentes renovables, bien situarlas en zonas renovables de alta producción (p. Ej. zonas con mucho viento o sol) o cerca de los consumidores eléctricos para minimizar los costes de transmisión. Métodos para conseguir 1% energía renovable para 25 Siguiendo el proceso de optimización, el informe establece claramente cómo integrar un 68% de renovable, invertir 1. millones de euros en redes y cerrar progresivamente el 9% de las centrales nucleares y las térmicas de carbón (ver figura) para el 23. El enfoque definitivo (25) depende de los avances tecnológicos, preferencias políticas y más estudios. El periodo de para decidir sobre las inversiones en infraestructuras, especialmente en redes eléctricas, es largo, así que al menos se necesita una década para su implementación. Figura 1 Proceso de optimización Hemos definidos dos métodos distintos a seguir entre 23 y 25: Red Baja Europa Central. Bajo este método se pretende producir la mayor cantidad de energía renovable posible cerca de las zonas con una alta demanda eléctrica. Está pensado principalmente para el centro de Europa; Alemania, los Países Bajos, Bélgica y Francia. Se aumenta la capacidad de la solar FV en estas zonas incluso cuando esos paneles solares podrían suministrar más electricidad si se instalarán en el sur de Europa. Bajo este método aumenta el coste de producción por kwh pero disminuyen los costes de inversión en la red que se limitan a 74 mil millones de euros entre 23 y 25. Garantizar el suministro depende menos de la red eléctrica y de las transmisiones de larga distancia. En su lugar se intensifica el uso de los gasoductos para transferir biomasa gasificada de una región a otra, por tanto se optimiza el uso de la biomasa como fuente compensadora. Al gasificar la biomasa, las antiguas centrales de gas se pueden convertir de gas natural a biogás evitando las inversiones hundidas en este sector. Red Alta Norte de África. Se instalan el mayor número posible de fuentes de energía renovable en las zonas de mayor producción, especialmente la energía solar en el sur de Europa y las interconexiones entre Europa y el norte de África. Bajo este método se minimiza el coste de producción eléctrica y se incrementa la cantidad de electricidad transferida a larga distancia a través de la red. El resultado es un aumento en los costes de interconexión (inversión de 581. millones de euros entre 23 y 25) y una mayor garantía del suministro 24/7 debido a que la capacidad de la superred excede la demanda. Se equilibra la producción solar en el sur y la producción eólica en el norte de Europa. uso de las fuentes de energía renovable restricción de las fuentes de energía renovable mejora de la red garantía de suministro almacenamiento y gestión de la demanda capacidad de refuerzo Fuente: Energynautics. Greenpeace Internacional La batalla de las redes 15

16 El nuevo mapa energético de Europa Figura 13 Panorama general del sistema energético en 23 con un 68% de electricidad renovable 1 GW Nodo de almacenamiento Eólica marina Red HVDC actual Eólica terrestre Red HVAC actual Solar Red HVDC nueva/mejorada Hidráulica Redes HVAC y HVDC nuevas/mejoradas Biomasa Otras energías renovables Gas Nuclear y carbón 16 Greenpeace Internacional La batalla de las redes

17 Mapa del sistema eléctrico renovable del 68% en 23 como paso intermedio a la electricidad 1% renovable en 25 La solución Una red totalmente optimizada con un 1% de renovables que opere con almacenamiento, transmisión de electricidad a otras regiones, gestión de la demanda y restricciones sólo cuando sean necesarias. La gestión de la demanda es una técnica efectiva a la hora de desplazar el pico máximo y allanar la curva de la demanda eléctrica a lo largo del día. curva de carga sin gestión de la demanda curva de carga con (opción 1 y 2) electricidad de energía renovable importada de otras regiones y electricidad de energía renovable procedente de los sistemas de almacenamiento solar bioenergía, hidráulica y geotérmica eólica GW suministro eólica + solar h 6h 12h 18h 24h Hora del día Fuente: Greenpeace Internacional. Greenpeace Internacional La batalla de las redes 17

18 Nuevos estudios: Europa renovable 24/7 - continuación Debemos recordar que entre los escenarios de 23 Red Baja y Red Alta existen otros escenarios viables que combinan distintos niveles de desarrollo de red y potencia instalada de renovables. Durante la próxima década la política europea debe ser más precisa para facilitar la comprensión de cómo será el mix energético después de 23. Los dos escenarios de 25 confirman el único escenario de 23. En ambos escenarios Baja y Alta Red es necesaria una inversión en la red de 1. millones de euros antes de 23, aunque el periodo para hacer dicha inversión varía ligeramente de un escenario a otro y algunas de la inversiones en la red para el periodo de 21-3 pueden tener lugar después de 23 en el escenario de Red Baja. En cuanto a las inversiones relativas a la capacidad de producción, la potencia que se estipula para 23 es necesaria para ambos escenarios del 25. El escenario de Red Baja requiere que el crecimiento de las renovables en Europa siga fuerte después de 23, mientras que en el escenario de Red Alta el crecimiento en Europa después de 23 decrecerá debido al aumento en la importación de electricidad renovable de África del Norte. Figura 11 Métodos para conseguir un 1% de electricidad renovable para % 22 4% 23 7% 25 1% Mix de generación UE ( GW) Eólica: 57 GW Solar FV: 5 GW Energía solar concentrada Hidráulica: 14 GW Biomasa: 1 GW Geotérmica: 1 GW Marina: - Gas: 15 GW Carbón: 148 GW Nuclear: 132 GW Generación: Mix de generación UE ( GW) Eólica: 251 GW Solar FV: 144 GW Energía solar concentrada: 15 GW Hidráulica: 155 GW Biomasa: 13 GW Geotérmica: 5 GW Marina: 3 GW Gas: 122 GW Carbón: 196 GW Nuclear: 59 GW Mix de generación UE ( GW) Eólica: 376 GW Solar FV: 241 GW Energía solar concentrada: 43 GW Hidráulica: 157 GW Biomasa: 77 GW Geotérmica: 34 GW Marina: 21 GW Gas: 228 GW Carbón: 17 GW Nuclear: 17 GW Eliminación progresiva del 9% de la carga base (nuclear + carbón) Gran incremento de las fuentes de energía renovable Aumento de la potencia flexible de gas Aumento de las fuentes de energía renovable + eliminación progresiva de la carga base Redes: Prioridad europea general a las fuentes de energía renovable Eslabones perdidos (HVAC) Redes eólicas marinas Primer paso para una superred terrestre Inversión en la red (23): AC: 2. millones euros CC marina: 29. millones de euros CC terrestre: 49. millones de euros Total: 98. millones de euros Generación: Aumentar el número de fuentes de energía renovable cercanas a los centros de demanda Optimizar el mix de las fuentes de energía renovable Transición del gas natural al biogás Redes: Importada: o GW Escenario regional de Red Baja Gaseoducto (biogás) para equilibrar las regiones europeas Minimizar las inversiones en la red Eólica: 497 GW Solar FV: 898 GW Energía solar concentrada: Generación: 99 GW Hidráulica: 165 GW Minimizar los costes de generación Biomasa: 224 GW Más solar en el sur, más eólica en las Geotérmica: 96 GW regiones ventosas Marina: 66 GW En general los costes de generación son más bajos Energía renovable importada: 6 GW Redes: Red Alta conexión con el norte de África Superred para equilibrar las regiones europeas Interconexión media con el norte de África Mayor inversión en la red Mix de generación UE: Eólica: 667 GW Solar FV: 974 GW Energía solar concentrada: 99 GW Hidráulica: 163 GW Biomasa: 336 GW Geotérmica: 96 GW Marina: 66 GW Inversión en red (23-25): CA: 1. millones de euros CC: 64. millones de euros Total: 74. millones de euros Mix de generación UE: Inversión en la red (23-25): CA: 39. millones de euros CC: 542. millones de euros Total: 581. millones de euros Resultado: 99,5% de electricidad renovable Zona de viabilidad Resultado: 98% de electricidad renovable Fuente: Energynautics, Greenpeace. 11 El modelo incluye la capacidad de producción de Noruega, Suiza y los estados de los Balcanes, sin embargo, se han omitido en esta figura para facilitar la comparación de los datos con otros estudios. La inversión en red es para Europa. 18 Greenpeace Internacional La batalla de las redes